吴功宜物联网工程导论第章RFID与物联网应用

吴功宜吴英编著《物联网工程导论》第2章

RFID与物联网应用第

2章知识点结构2.1自动识别技术的发展背景数据采集与自动识别技术分类2.2条形码简介2.2.1.条形码的特点条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用2.2.2一维条形码的特点一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息优点是编码规则简单，条形码识读器造价较低缺点是：数据容量较小，一般只能包含字母和数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低，条形码一旦出现损坏将被拒读多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数也不过是128个ASCII符2.2.3二维条形码的特点二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息优点：信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制作成本低、保密与防伪性能好一维条形码与二维条形码火车票的比较2.3磁卡与IC卡的应用2.3.1磁卡的应用磁卡与磁卡读写器结构2.3.2IC卡的特点与应用IC卡也叫做智能卡，它是通过在集成电路芯片中写有数据来进行识别的2.4RFID基础知识2.4.1RFID标签的基本概念RFID是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无接触的标签信息自动传输与识别的技术RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”基本工作原理理1.RFID标签结构2.理解RFID基本工作原理理的电磁学基基础法拉第电磁感感应定律实验验3.RFID标签工作原理理（1）被动式RFID标签工作原理理被动式RFID标签也叫做““无源RFID标签”无源RFID标签接近读写写器时，标签签处于读写器器天线辐射形形成的近场范范围内RFID标签天线通过过电磁感应产产生感应电流流，感应电流流驱动RFID芯片电路芯片电路通过过RFID标签天线将存存储在标签中中的标识信息息发送给读写写器，读写器器天线再将接接收到的标识识信息发送给给主机无源标签工作作过程就是读读写器向标签签传递能量，，标签向读写写器发送标签签信息的过程程读写器与标签签之间能够双双向通信的距距离称为“可可读范围”或或“作用范围围”（2）主动式RFID标签工作原理理主动式RFID标签也叫做““有源RFID标签”处于远场的有有源RFID标签由内部配配置的电池供供电从节约能源、、延长标签工工作寿命的角角度，有源RFID标签可以不主主动发送信息息当有源标签接接收到读写器器发送的读写写指令时，标标签才向读写写器发送存储储的标识信息息有源标标签工工作过过程就就是读读写器器向标标签发发送读读写指指令，，标签签向读读写器器发送送标识识信息息的过过程（3）半主主动RFID标签半主动动式RFID标签继继承了了无源源标签签体积积小、、重量量轻、、价格格低、、使用用寿命命长的的优点点，内内置的的电池池在没没有读读写器器访问问的时时候，，只为为芯片片内很很少的的电路路提供供电源源只有在在读写写器访访问时时，内内置电电池向向RFID芯片供供电，，以增增加标标签的的读写写距离离较远远，提提高通通信的的可靠靠性半主动动式RFID标签一一般用用在可可重复复使用用的集集装箱箱和物物品的的跟踪踪上标签的的分类类1.按标签签供电电方式式进行行分类类RFID标签可可以分分为：：无源源RFID标签和和有源源RFID标签2.按标签签工作作模式式进行行分类类主动式式RFID标签—依靠自自身能能量主主动向向RFID读写器器发送送数据据被动式式RFID标签—从RFID读写器器发送送的电电磁波波中获获取能能量，，激活活后才才能够够向RFID读写器器发送送数据据半主动动式RFID标签——自身的的能量量只提提供给给RFID标签中中的电电路使使用，，并不不主动动向RFID读写器器发送送数据据；当它接接收到到RFID读写器器发送送的电电磁波波激活活之后后，才才向RFID读写器器发送送数据据3.按标签签读写写方式式进行行分类类只读式式RFID标签—只读标标签—一次性性编程程只读读标签签—可重复复编程程只读读标签签读写式式RFID标签4.按标签签工作作频率率进行行分类类低频RFID标签中高频频RFID标签超高频频与微微波段段RFID标签ETC应用场场景5.按封装装材料料进行行分类类纸质封封装RFID标签塑料封封装RFID标签玻璃封封装RFID标签6.按标签签封装装的形形状进进行分分类粘贴在在标识识物上上的薄薄膜型型的自自粘贴贴式标标签用户携携带、、类似似于信信用卡卡的卡卡式标标签封装成成能够够固定定在车车辆或或集装装箱上上的柱柱型标标签封装在在塑料料扣中中，用用于动动物耳耳标的的扣式式标签签封装成成钥匙匙扣中中，用用于随随身携携带的的身份份标识识标签签封装在在玻璃璃管中中，用用于人人或动动物的的植入入式标标签2.5RFID应用系系统结结构与与组成成应用系系统结结构标签封封装与与编码码/打印设设备1.RFID标签封封装与与编码码/打印设设备的的基本本功能能2.大型的的仓库库RFID标签编编码/打印设设备的的应用用手工粘粘贴RFID标签工工作流流程自动编编码、、打印印、张张贴RFID标签工工作流流程标签读读写器器1.RFID标签读读写器器的基基本功功能各种类类型的的RFID标签读读写器器读写器器的主主要功功能：读写器器与RFID标签之之间的的通信信读写器器与计计算机机之间间的通通信能够实实现在在有效效读写写区域域内实实现对对多个个RFID标签同同时读读写的的能力力能够对对固定定或移移动RFID标签进进行识识别与与读写写能够校校验读读写过过程中中错误误信息息能够识识别有有源RFID标签与与电池池相关关的电电量信信息2.读写器器的分分类（1）移动动式读读写器器移动式式读写写器适适用于于仓库库盘点点、现现场货货物清清查、、图书书馆书书架清清点、、动物物识别别、超超市购购货付付款、、医疗疗保健健等应应用场场合手持便便携式式读写写器一一般带带有液液晶显显示屏屏，配配置有有键盘盘来进进行操操作和和数据据输入入，可可以通通过各各种有有线或或无线线接口口，与与高层层计算算机实实现通通信移动式读写写器是一种种嵌入式系系统，它将将天线与读读写模块集集成在一个个手持设备备中移动式读写写器一般使使用在低频频、中高频频、超高频频段是否是只读读式或读/写式，以及及内存的大大小需要根根据应用的的需求确定定（2）固定式读读写器固定式读写写器一般采采取将天线线与读写器器模块分天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方便地安装在固定的闸门式门柱上、门禁的门框上、不停车收费通道的顶端、仓库进出口、生产线传送带旁固定式读写器一般使用超高频与微波段，作用距离相对比较远3.读写器设计计中需要注注意的几个个问题标签身份识识别与标签签数据传输输解密/解密问题标签数据传传输错误问问题多标签读取取过程中的的“碰撞””问题有源标签电电源状态管管理问题标签与天线线位置对读读写效果的的影响RFID应用系统结结构2.6RFID标签编码标标准*2.6.1RFID编码标准研研究的必要要性在RFID应用系统中中，要使每每一件物体体的信息在在生产加工工、市场流流通、客户户购买与售售后服务过过程中，都都能够被准准确地记录录下来，就就必须形成成全球统一一的、标准准的、唯一一能够准确确标识各国国、各个企企业生产的的各个产品品的电子编编码标准RFID技术广泛应应用的基础础是：RFID标签编码的的标准化与与RFID标签体系的的建立目前最有影影响的标准准主要有：：—EPCGlobalRFID标准—UIDRFID标准—ISO/IECRFID标准2.6.2EPCGlobalRFID标准美国MITAuto-ID实验室EPC研究的核心心思想是：为每一个产产品分配一一个唯一的的电子标识识符—EPC码EPC码存储在RFID标签的芯片片中通过无线数数据传输技技术，RFID读写器可以以通过非接接触的方式式自动采集集到EPC码连接在互联联网中的服服务器可以以完成对EPC码所涵盖内内容的解析析EPC研究的内容容与体系EPC编码体系：EPC编码体系研研究的是产产品电子代代码的全球球标准2004年6月EPCglobal公布了第一一个EPC标准目前正在研研究和推广广第二代（（GEN2）EPC标准EPC射频识别系系统：EPC射频识别系系统研究包包括EPC标签与EPC读写器EPC信息网络系系统：EPC信息网络系系统是由互互联网连接接的多个支支持EPC应用的网络络系统与EPC基础设施组组成通过EPC中间件软件件、对象名名字服务（（ONS）与EPC信息服务务（EPCIS），实现现全球的的“物与与物”互互联对象名字字服务（（ONS）也称作作“对象象名字解解析服务务”编码体系系EPC编码体系系特点：兼容性性/全面性/科学性EPC码由四个个数字字字段组成成：版本号：表示产品品编码所所采用的的EPC版本域名管理理：标识生产产厂商对象分类类：标识产品